Dióxido de carbono
El dióxido de carbono (CO2 ) es un compuesto químico. Es un gas a temperatura ambiente. Está formado por un átomo de carbono y dos de oxígeno. Las personas y los animales liberan dióxido de carbono cuando exhalan. Además, cada vez que se quema algo orgánico (o se hace fuego), se produce dióxido de carbono. Las plantas utilizan el dióxido de carbono para fabricar alimentos. Este proceso se llama fotosíntesis. Las propiedades del dióxido de carbono fueron estudiadas por el científico escocés Joseph Black en la década de 1750.
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. Los gases de efecto invernadero atrapan la energía térmica. Los gases de efecto invernadero cambian el clima y el tiempo en nuestro planeta, la Tierra. Esto se llama cambio climático. Los gases de efecto invernadero son una de las causas del calentamiento global, el aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra.
Una imagen para mostrar simplemente cómo los átomos pueden llenar el espacio. El negro es el carbono y el rojo es el oxígeno.
Fórmula estructural del dióxido de carbono. C es carbono y O es oxígeno. Las líneas dobles representan el doble enlace químico entre los átomos.
Función biológica
El dióxido de carbono es un producto final en los organismos que obtienen energía a partir de la descomposición de azúcares, grasas y aminoácidos con oxígeno como parte de su metabolismo. Se trata de un proceso conocido como respiración celular. Esto incluye a todas las plantas, los animales, muchos hongos y algunas bacterias. En los animales superiores, el dióxido de carbono viaja en la sangre desde los tejidos del cuerpo hasta los pulmones, donde se exhala. Las plantas toman dióxido de carbono de la atmósfera para utilizarlo en la fotosíntesis.
Hielo seco
El hielo seco, o dióxido de carbono sólido, es el estado sólido del gas CO2 por debajo de -109,3 °F (-78,5 °C). El hielo seco no se produce de forma natural en la Tierra, sino que es fabricado por el hombre. Es incoloro. La gente utiliza el hielo seco para enfriar las cosas y hacer que las bebidas sean efervescentes, matar a los topos y congelar las verrugas. El vapor del hielo seco provoca asfixia y, finalmente, la muerte. Se recomienda precaución y asistencia profesional siempre que se utilice hielo seco.
A la presión habitual, no se funde de sólido a líquido, sino que pasa directamente de sólido a gas. Esto se llama sublimación. Pasará directamente de sólido a gas a cualquier temperatura que no sea extremadamente fría. El hielo seco se sublima a la temperatura normal del aire. El hielo seco expuesto al aire normal desprende gas de dióxido de carbono que no tiene color. El dióxido de carbono puede licuarse a una presión superior a 5,1 atmósferas.
El gas de dióxido de carbono que se desprende del hielo seco está tan frío que, al mezclarse con el aire, enfría el vapor de agua del aire hasta convertirlo en niebla, que parece un humo blanco y espeso. Se utiliza a menudo en el teatro para crear la apariencia de niebla o humo.
El hielo seco cuando se pone en el agua
Aislamiento y producción
Los químicos pueden obtener dióxido de carbono a partir del enfriamiento del aire. Lo llaman destilación del aire. Este método es ineficiente porque hay que refrigerar una gran cantidad de aire para extraer una pequeña cantidad de CO2. Los químicos también pueden utilizar diferentes reacciones químicas para separar el dióxido de carbono. El dióxido de carbono se produce en las reacciones entre la mayoría de los ácidos y la mayoría de los carbonatos metálicos. Por ejemplo, la reacción entre el ácido clorhídrico y el carbonato de calcio (piedra caliza o tiza) produce dióxido de carbono:
2 H C l + C a C O 3 ⟶ C a C l 2 + H 2 C O 3 {\displaystyle \mathrm {2\ HCl+CaCO_{3}\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}CO_{3}} } 
El ácido carbónico (H2 CO3 ) se descompone entonces en agua y CO2 . Estas reacciones provocan espuma o burbujas, o ambas cosas. En la industria, este tipo de reacciones se utilizan muchas veces para neutralizar los flujos de ácidos residuales.
La cal viva (CaO), un producto químico de uso generalizado, puede fabricarse calentando la piedra caliza a unos 850 °C. Esta reacción también produce CO 2:
C a C O 3 ⟶ C a O + C O 2 {\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}} } 
El dióxido de carbono también se produce en la combustión de todos los combustibles que contienen carbono, como el metano (gas natural), los destilados del petróleo (gasolina, gasóleo, queroseno, propano), el carbón o la madera. En la mayoría de los casos, también se libera agua. Como ejemplo, la reacción química entre el metano y el oxígeno es:
C H 4 + 2 O 2 ⟶ C O 2 + 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+2\ O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2\ H_{2}O} } } 
El dióxido de carbono se fabrica en las acerías. El hierro se reduce a partir de sus óxidos con coque en un alto horno, produciendo arrabio y dióxido de carbono:
F e 2 O 3 + 3 C O ⟶ 2 F e + 3 C O 2 {\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\\\c CO\longrightarrow 2\ Fe+3\ CO_{2}}. } 
La levadura metaboliza el azúcar para producir dióxido de carbono y etanol, también conocido como alcohol, en la producción de vinos, cervezas y otros licores, pero también en la producción de bioetanol:
C 6 H 12 O 6 ⟶ 2 C O 2 + 2 C 2 H 5 O H {\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 2\ CO_{2}+2\ C_{2}H_{5}OH} } } 
Todos los organismos aeróbicos producen CO
2 cuando oxidan carbohidratos, ácidos grasos y proteínas en las mitocondrias de las células. El gran número de reacciones implicadas es extremadamente complejo y no se puede describir fácilmente. (Incluyen la respiración celular, la respiración anaeróbica y la fotosíntesis). Los fotoautótrofos (es decir, las plantas y las cianobacterias) utilizan otra reacción: Las plantas absorben el CO
2 del aire y, junto con el agua, lo hacen reaccionar para formar carbohidratos:
n C O 2 + n H 2 O ⟶ ( C H 2 O ) n + n O 2 {\displaystyle \mathrm {nCO_{2}+nH_{2}O\longrightarrow (CH_{2}O)n+nO_{2}} } 
El dióxido de carbono es soluble en agua, en la que se interconvierte espontáneamente entre CO 2y H
2CO
3 (ácido carbónico). Las concentraciones relativas de CO
2, H
2CO
3y las formas desprotonadas HCO−
3 (bicarbonato) y CO2−
3 (carbonato) dependen de la acidez (pH). En el agua neutra o ligeramente alcalina (pH > 6,5), la forma de bicarbonato predomina (>50%) convirtiéndose en la más prevalente (>95%) en el pH del agua de mar, mientras que en el agua muy alcalina (pH > 10,4) la forma predominante (>50%) es el carbonato. Las formas de bicarbonato y carbonato son muy solubles. Así, el agua oceánica equilibrada con aire (ligeramente alcalina con un pH típico = 8,2-8,5) contiene unos 120 mg de bicarbonato por litro.
Producción industrial
El dióxido de carbono industrial se produce principalmente en seis procesos:
- Mediante la captación de manantiales naturales de dióxido de carbono donde se produce por la acción del agua acidificada sobre la piedra caliza o la dolomita.
- Como subproducto de las plantas de producción de hidrógeno, donde el metano se convierte en CO 2;
- De la combustión de combustibles fósiles o madera;
- Como subproducto de la fermentación del azúcar en la elaboración de la cerveza, el whisky y otras bebidas alcohólicas;
- De la descomposición térmica de la piedra caliza, CaCO
3en la fabricación de cal (óxido de calcio, CaO);
Reacción química
El dióxido de carbono puede crearse con una simple reacción química:
C + O 2 ⟶ C O 2 {\displaystyle \mathrm {C+O_{2}\longrightarrow CO_{2}} } 
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el dióxido de carbono?
R: El dióxido de carbono es un compuesto químico ácido, formado por un átomo de carbono y dos de oxígeno, y es un gas a temperatura ambiente.
P: ¿Cómo se libera el dióxido de carbono a la atmósfera?
R: Los seres humanos y los animales liberan dióxido de carbono cuando espiran y cada vez que se quema algo orgánico o se hace fuego.
P: ¿Qué es la fotosíntesis?
R: La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas utilizan el dióxido de carbono para fabricar alimentos.
P: ¿Quién estudió las propiedades del dióxido de carbono?
R: El científico escocés Joseph Black estudió las propiedades del dióxido de carbono en la década de 1750.
P: ¿Qué es un gas de efecto invernadero?
R: Un gas de efecto invernadero es un gas que atrapa la energía térmica y modifica el clima y el tiempo del planeta.
P: ¿Cómo contribuye el dióxido de carbono al cambio climático?
R: El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero que contribuye al cambio climático atrapando energía calorífica y provocando el calentamiento global, que es el aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra.
P: ¿Cómo se ha regulado la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre?
R: La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre ha sido regulada por organismos fotosintéticos y fenómenos geológicos, principalmente volcanes, desde finales de la era precámbrica.
